JP2005021578A

JP2005021578A - Surface shape recognition sensor and its manufacturing method

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Publication number: JP2005021578A
Application number: JP2003270432A
Authority: JP
Inventors: Norio Sato; 昇男佐藤; Tomoshi Shigematsu; 智志重松; Hiroki Morimura; 浩季森村; Katsuyuki Machida; 克之町田; Toshishige Shimamura; 俊重島村; Yukio Okazaki; 幸夫岡崎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-01-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To be capable of more clearly detecting the surface shape of an object to be detected even in a variety of conditions of the surface of the object such as a dry finger, wet finger, hard fingertip, or soft fingertip. <P>SOLUTION: A capacity between an upper electrode 104 and the finger 150 which becomes the object to be detected in addition to the capacity between a lower electrode 103 and the upper electrode 104 is detected by a capacity detecting circuit 123 by switching between switches 121, 122. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、人間の指紋や動物の鼻紋など微細な凹凸を有する表面形状を感知するために用いられる表面形状認識用センサ及びこの製造方法に関する。 The present invention relates to a surface shape recognition sensor used for sensing a surface shape having fine irregularities such as human fingerprints and animal noseprints, and a manufacturing method thereof.

近年の情報化社会の進展と現代社会の環境変化において、セキュリティ技術に対する関心が高まっている。例えば、電子マネーなどのシステム構築のための本人認証技術が、大きく注目されている。また、クレジットカードの不正利用の防止のための認証技術についても、研究開発が活発に行われ、多くの技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。 Interest in security technology is increasing in the recent progress of the information society and changes in the environment of modern society. For example, personal authentication technology for constructing a system such as electronic money has attracted a great deal of attention. Research and development has also been actively conducted on authentication techniques for preventing unauthorized use of credit cards, and many techniques have been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).

これらのような認証には、指紋や音声などを用いる種々の方式があるが、中でも、指紋を用いた認証については、これまで多くの技術が開発されている。指紋認証のためには指紋を読み取る必要があるが、指紋を読み取る方式としては、レンズや照明などの光学系を備えた光学式や、感圧シートなどを用いた圧力式がある。また、半導体基板の上にセンサを配置した半導体式などがある。これらの方式の中で、小型化が容易で汎用性を有するのは、半導体式である。 For such authentication, there are various methods using fingerprints and voices. Among them, many techniques have been developed for authentication using fingerprints. For fingerprint authentication, it is necessary to read a fingerprint. As a method for reading a fingerprint, there are an optical method including an optical system such as a lens and illumination, and a pressure method using a pressure sensitive sheet. Further, there is a semiconductor type in which a sensor is arranged on a semiconductor substrate. Among these systems, the semiconductor type is easy to downsize and has versatility.

半導体式のセンサとしては、ＬＳＩ製造技術を用いた静電容量式の指紋センサがある（非特許文献２）。この方式の指紋センサは、小さな静電容量検出センサセルをＬＳＩの上に２次元的に配列したセンサチップにより、帰還静電容量方式を利用して、皮膚の凹凸パターンを検出するものである。
また、対向配置させた２つ電極の一方を変形可能とさせたセンサセルを２次元的に配列させ、表面形状の凹凸に対応して電極を変形させてセンサセルの容量を変化させることで、表面の形状を検出する表面形状認識用センサも提案されている（特許文献１参照）。 As a semiconductor sensor, there is a capacitive fingerprint sensor using LSI manufacturing technology (Non-patent Document 2). This type of fingerprint sensor detects the uneven pattern of the skin using a feedback capacitance method by a sensor chip in which small capacitance detection sensor cells are two-dimensionally arranged on an LSI.
In addition, the sensor cell in which one of the two electrodes arranged opposite to each other can be deformed is two-dimensionally arranged, and the capacitance of the sensor cell is changed by deforming the electrode in accordance with the unevenness of the surface shape. A surface shape recognition sensor for detecting a shape has also been proposed (see Patent Document 1).

この表面形状認識用センサは、図７に示すように、半導体基板７０１の上に層間絶縁層７０２を介して形成された複数の下部電極７０３と、下部電極７０３の上に所定の間隔をあけて対向配置された上部電極７０４とを備えるようにしたものである。また、上部電極７０４には、貫通孔７０４ａが設けられている。 As shown in FIG. 7, the surface shape recognition sensor has a plurality of lower electrodes 703 formed on a semiconductor substrate 701 with an interlayer insulating layer 702 interposed therebetween, and a predetermined interval on the lower electrode 703. And an upper electrode 704 arranged opposite to each other. The upper electrode 704 is provided with a through hole 704a.

上部電極７０４は、複数の下部電極７０３に対して共通に設けられ、複数の下部電極７０３を区画するように設けられた支持電極７０５によって支持され、下部電極７０３の対向する部分が、図７の下方向に変形可能とされている。また、上部電極７０４の上には、上部電極７０４の全域を覆うように設けられた封止膜７０６が設けられ、また、封止膜７０６の上には、複数の下部電極７０３に対応して複数の突起７０７が設けられている。 The upper electrode 704 is provided in common to the plurality of lower electrodes 703, and is supported by a support electrode 705 provided so as to partition the plurality of lower electrodes 703. It can be deformed downward. Further, a sealing film 706 is provided on the upper electrode 704 so as to cover the entire area of the upper electrode 704, and the sealing film 706 corresponds to the plurality of lower electrodes 703. A plurality of protrusions 707 are provided.

また、図７には示していないが、層間絶縁層７０２の下の半導体基板７０１の上には、例えば複数のＭＯＳトランジスタやこれらを接続する配線などを備えた集積回路が形成され、集積回路の一部で検出回路７０８が形成されている。検出回路７０８に、各々下部電極７０３が、配線を介して接続している。 Although not shown in FIG. 7, an integrated circuit including, for example, a plurality of MOS transistors and wirings for connecting them is formed on the semiconductor substrate 701 below the interlayer insulating layer 702. A detection circuit 708 is formed in part. Each of the lower electrodes 703 is connected to the detection circuit 708 via a wiring.

図７に示す指紋センサでは、検出対象の指７０９の表面が封止膜７０６の上に接触すると、まず、突起７０７が指の表面に接触し、指からの圧力により突起７０７が下方に押し下げられる。このことにより、封止膜７０６とともに上部電極７０４も押し下げられて撓み、この部分では、上部電極７０４と下部電極７０３との間隔が変化する。この結果、上部電極７０４と下部電極７０３との間に形成されていた静電容量が変化する。 In the fingerprint sensor shown in FIG. 7, when the surface of the finger 709 to be detected comes into contact with the sealing film 706, first, the protrusion 707 contacts the surface of the finger, and the protrusion 707 is pushed downward by the pressure from the finger. . As a result, the upper electrode 704 is pushed down and bent together with the sealing film 706, and the distance between the upper electrode 704 and the lower electrode 703 changes in this portion. As a result, the capacitance formed between the upper electrode 704 and the lower electrode 703 changes.

この静電容量の変化は、検出回路７０８により検出され、各下部電極７０３より検出された複数の静電容量の値により、指紋の画像データが得られる。
また、図７に示す表面形状認識用センサでは、上部電極７０４の上に発生した静電気は、支持電極７０５を介してアースに流れていくため、半導体基板７０１の上に形成されている検出回路７０８を含む集積回路が、静電破壊から保護される構造となっている。 This change in capacitance is detected by the detection circuit 708, and fingerprint image data is obtained from a plurality of capacitance values detected by the lower electrodes 703.
In the surface shape recognition sensor shown in FIG. 7, static electricity generated on the upper electrode 704 flows to the ground via the support electrode 705, and thus the detection circuit 708 formed on the semiconductor substrate 701. An integrated circuit including a structure is protected from electrostatic breakdown.

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特開２００２−３２８００３号公報清水良真他、個人認証機能付きＩＣカードに関する一検討、信学技法、Technical report of IEICE OFS92-32,p.25-30(1992) Marco Tartagni and Robert Guerrieri, A 390 dpi Live Fingerprint Imager Based on Feedback Capacitive Sensing Scheme, 1997 IEEE International Solid-state Circuits Conference, pp.200-201(1997) The applicant has not yet found prior art documents related to the present invention by the time of filing other than the prior art documents specified by the prior art document information described in this specification.
JP 2002-328003 A Ryoma Shimizu et al., A study on IC card with personal authentication function, Science technique, Technical report of IEICE OFS92-32, p.25-30 (1992) Marco Tartagni and Robert Guerrieri, A 390 dpi Live Fingerprint Imager Based on Feedback Capacitive Sensing Scheme, 1997 IEEE International Solid-state Circuits Conference, pp.200-201 (1997)

しかしながら、図７に示した従来の表面形状認識用センサでは、例えば指紋の検出を行う場合、指先の状態に依存して、所望とする感度が得られない場合があった。図７に示す従来のセンサの場合、皮膚表面の柔軟度によっては、指７０９を押し付けたときに突起７０７が皮膚表面に埋没する。このような状態では、指７０９が押し付けられているにもかかわらず、上部電極７０４があまり変形しない。この結果、上部電極７０４と下部電極７０３で形成される容量の変化量が小さく、この変化量が、検出回路７０８による信号変換に充分でなく、所望とする感度が得られないことになる。 However, in the conventional surface shape recognition sensor shown in FIG. 7, for example, when detecting a fingerprint, the desired sensitivity may not be obtained depending on the state of the fingertip. In the case of the conventional sensor shown in FIG. 7, the protrusion 707 is buried in the skin surface when the finger 709 is pressed depending on the softness of the skin surface. In such a state, although the finger 709 is pressed, the upper electrode 704 is not deformed so much. As a result, the amount of change in capacitance formed by the upper electrode 704 and the lower electrode 703 is small, and this amount of change is not sufficient for signal conversion by the detection circuit 708, and desired sensitivity cannot be obtained.

従って、本発明は、上述した問題点を解消するためになされたものであり、例えば、湿潤するなどにより柔らかい状態の指先など、検出対象の表面が様々な状態であっても、対象の表面形状をより鮮明に検出できるようにすることを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems. For example, even when the surface of the detection target is in various states, such as a fingertip that is soft when wet, the surface shape of the target The purpose is to make it possible to detect the image more clearly.

本発明に係る表面形状認識用センサは、半導体基板の上の同一平面に各々が絶縁分離されて配列された複数の下部電極、及びこの下部電極の上に所定の間隔をあけて配置され金属からなる変形可能な板状の上部電極から構成され、各々が分離して設けられた複数の容量検出素子と、下部電極の周囲に下部電極とは絶縁分離されて配置された上部電極を支持する支持部材と、上部電極を覆うように形成された封止膜と、容量検出素子に発生した容量を検出するための制御回路とを備えたものである。 A surface shape recognition sensor according to the present invention includes a plurality of lower electrodes arranged in a single plane on a semiconductor substrate, each of which is insulated and separated, and a metal disposed at a predetermined interval on the lower electrode. A plurality of capacitance detecting elements each provided separately from the deformable plate-like upper electrode, and a support for supporting the upper electrode arranged so as to be insulated from the lower electrode around the lower electrode A member, a sealing film formed so as to cover the upper electrode, and a control circuit for detecting a capacitance generated in the capacitance detection element are provided.

上記表面形状認識用センサにおいて、制御回路は、下部電極と上部電極との間の容量及び封止膜の表面に接触した検出対象物と上部電極との間の容量とを各々検出するものである。この制御回路は、容量検出回路と、上部電極の接続を容量検出回路と接地電位とのいずれかに切り替える第１切り替えスイッチと、下部電極の接続を容量検出回路と接地電位とのいずれかに切り替える第２切り替えスイッチとから構成することができる。 In the surface shape recognition sensor, the control circuit detects a capacitance between the lower electrode and the upper electrode and a capacitance between the detection object in contact with the surface of the sealing film and the upper electrode. . The control circuit switches the capacitance detection circuit, the first changeover switch for switching the connection of the upper electrode between the capacitance detection circuit and the ground potential, and switches the connection of the lower electrode between the capacitance detection circuit and the ground potential. The second changeover switch can be used.

また、上記表面形状認識用センサにおいて、封止膜の上面に設けられて接地電位に接続された電極パターンを備えるようにしてもよい。また、電極パターンは、隣り合う容量検出素子の間に配置され、平面視格子状に形成されたものであればよい。
また、上記表面形状認識用センサにおいて、半導体基板には、集積回路が形成され、制御回路は、集積回路に含まれる。また、封止膜の上に、上部電極に対応して配置された突起を備えるようにしてもよい。 The surface shape recognition sensor may include an electrode pattern provided on the upper surface of the sealing film and connected to the ground potential. Moreover, the electrode pattern should just be arrange | positioned between adjacent capacity | capacitance detection elements, and was formed in planar view lattice shape.
In the surface shape recognition sensor, an integrated circuit is formed on the semiconductor substrate, and the control circuit is included in the integrated circuit. Further, a protrusion disposed corresponding to the upper electrode may be provided on the sealing film.

本発明に係る表面形状認識用センサの製造方法は、配列された複数の容量検出素子から構成された表面形状認識用センサを製造する方法であって、半導体基板の上に層間絶縁層を形成する工程と、層間絶縁層の上に第１金属膜を形成する工程と、第１金属膜の上に容量検出素子の形成領域に対応する複数の開口部を備えた第１マスクパターンを形成する工程と、第１マスクパターンの開口部底部に露出した第１金属膜の表面にメッキ法により第１金属パターンを形成する工程と、第１マスクパターンを除去した後、容量検出素子の形成領域に対応し、第１金属パターンの周囲に配置された開口部を備えた第２マスクパターンを第１金属膜及び第１金属パターンの上に形成する工程と、第２マスクパターンの開口部の底部に露出した第１金属膜の表面にメッキ法により第１金属パターンより高い第２金属パターンを形成する工程と、第２マスクパターンを除去した後、第１金属パターン及び第２金属パターンをマスクとして第１金属膜をエッチング除去し、第１金属膜と第１金属パターンからなる下部電極及び第１金属膜と第２金属パターンからなる支持電極を、検出素子の形成領域毎に形成する工程と、下部電極を覆いかつ支持電極の上面が露出するように層間絶縁層の上に犠牲膜を形成する工程と、犠牲膜及び支持電極の上に複数の開口部を備えた上部電極を検出素子の形成領域毎に形成する工程と、上部電極を形成した後、上部電極の開口部を介して犠牲膜を除去し、下部電極の上部に空間を形成する工程と、犠牲膜を除去した後、上部電極の上に絶縁材料からなる封止膜を形成する工程と、封止膜の上に、検出素子の形成領域毎に突起を形成する工程とを備えたものである。 A method for manufacturing a surface shape recognition sensor according to the present invention is a method for manufacturing a surface shape recognition sensor including a plurality of arrayed capacitance detection elements, wherein an interlayer insulating layer is formed on a semiconductor substrate. A step, a step of forming a first metal film on the interlayer insulating layer, and a step of forming a first mask pattern having a plurality of openings corresponding to the formation region of the capacitance detection element on the first metal film. And a step of forming the first metal pattern on the surface of the first metal film exposed at the bottom of the opening of the first mask pattern by plating, and after removing the first mask pattern, corresponding to the formation region of the capacitance detection element And forming a second mask pattern having an opening disposed around the first metal pattern on the first metal film and the first metal pattern, and exposing the bottom of the opening of the second mask pattern. First metal film Forming a second metal pattern higher than the first metal pattern on the surface by plating; and removing the second mask pattern; and etching and removing the first metal film using the first metal pattern and the second metal pattern as a mask. A step of forming a lower electrode made of the first metal film and the first metal pattern and a support electrode made of the first metal film and the second metal pattern in each detection element forming region; and covering the lower electrode and forming the support electrode Forming a sacrificial film on the interlayer insulating layer so that the upper surface is exposed; forming an upper electrode having a plurality of openings on the sacrificial film and the support electrode for each detection element forming region; After the upper electrode is formed, the sacrificial film is removed through the opening of the upper electrode to form a space above the lower electrode, and after the sacrificial film is removed, the upper electrode is sealed with an insulating material. Shape stop film A step of, on the sealing film, in which a step of forming a protrusion in each formation region of the detection element.

この表面形状認識用センサの製造方法において、封止膜を形成した後、封止膜の上に第２金属膜を形成する工程と、第２金属膜の上に開口部を備えた第３マスクパターンを形成する工程と、第３マスクパターンの開口部の底部に露出する第２金属膜を除去する工程と、第３マスクパターンを除去する工程とを備えることで、封止膜の表面に電極パターンを形成するようにしてもよい。 In this method for manufacturing a surface shape recognition sensor, a step of forming a second metal film on the sealing film after forming the sealing film, and a third mask having an opening on the second metal film An electrode is formed on the surface of the sealing film by including a step of forming a pattern, a step of removing the second metal film exposed at the bottom of the opening of the third mask pattern, and a step of removing the third mask pattern. A pattern may be formed.

以上説明したように、本発明では、下部電極と上部電極との間の容量に加え、上部電極と検出対象面との間の容量を検出するようにしたので、検出対象の表面が様々な状態であっても、対象の表面形状をより鮮明に検出できるという優れた効果が得られる。 As described above, in the present invention, since the capacitance between the upper electrode and the detection target surface is detected in addition to the capacitance between the lower electrode and the upper electrode, the surface of the detection target has various states. Even so, an excellent effect that the surface shape of the object can be detected more clearly is obtained.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本実施の形態における表面形状認識用センサの構成例を模式的に示す断面図と、制御回路の構成例を示す構成図（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）である。図１（ａ）では、表面形状認識用センサの１構成単位である容量検出素子（センサセル）を２つ示している。本表面形状認識用センサは、複数のセンサセルが、例えばマトリクス状に配列され、マトリクス状に配列された複数のセンサセルにより、センサの検出面を構成している。図１（ａ）は、本センサの一部の検出面を示し、検出面に検出対象の指１５０が接触している状態を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a surface shape recognition sensor in the present embodiment, and configuration diagrams (b), (c), (d), and (e) showing configuration examples of a control circuit. It is. In FIG. 1A, two capacitance detection elements (sensor cells) which are one constituent unit of the surface shape recognition sensor are shown. In the surface shape recognition sensor, a plurality of sensor cells are arranged in a matrix, for example, and a sensor detection surface is constituted by the plurality of sensor cells arranged in a matrix. FIG. 1A shows a part of the detection surface of the sensor, and shows a state in which the detection target finger 150 is in contact with the detection surface.

以下、本センサの構成についてより詳細に説明すると、まず、単結晶シリコンなどの半導体材料から構成された基板１０１の上に、層間絶縁層１０２を介して複数の下部電極１０３が形成されている。下部電極１０３の上方には、所定の距離離間して上部電極１０４が対向配置されている。本実施の形態において、下部電極１０３と上部電極１０４とは、各センサセル毎に配設され、下部電極１０３は、各センサセルのほぼ中央に配置されている。各センサセル毎に設けられている上部電極１０４は、各々が絶縁分離して設けられている。 Hereinafter, the configuration of this sensor will be described in more detail. First, a plurality of lower electrodes 103 are formed on a substrate 101 made of a semiconductor material such as single crystal silicon, with an interlayer insulating layer 102 interposed therebetween. Above the lower electrode 103, an upper electrode 104 is disposed opposite to the upper electrode 104 at a predetermined distance. In the present embodiment, the lower electrode 103 and the upper electrode 104 are disposed for each sensor cell, and the lower electrode 103 is disposed substantially at the center of each sensor cell. The upper electrode 104 provided for each sensor cell is provided so as to be insulated and separated.

また、本実施の形態では、各センサセル毎に、上部電極１０４を支持する支持電極１０５が設けられている。支持電極１０５は、上面で上部電極１０４に電気的に接続し、隣り合うセンサセルの支持電極１０５とは、互いに絶縁分離している。支持電極１０５は、例えば、１つのセンサセルの領域を囲う枠形状に形成されている。支持電極１０５に支持された上部電極１０４は、下部電極１０３の方向（下方）に撓むように弾性変形可能な状態とされている。 In the present embodiment, a support electrode 105 that supports the upper electrode 104 is provided for each sensor cell. The support electrode 105 is electrically connected to the upper electrode 104 on the upper surface, and is insulated and separated from the support electrodes 105 of adjacent sensor cells. The support electrode 105 is formed in, for example, a frame shape surrounding the area of one sensor cell. The upper electrode 104 supported by the support electrode 105 is in an elastically deformable state so as to bend in the direction (downward) of the lower electrode 103.

また、上部電極１０４の上面は、絶縁材料からなる封止膜１０６により保護されている。封止膜１０６は、複数の上部電極１０４にわたって共通に設けられている。また、封止膜１０６の上には、各センサセル毎、すなわち各上部電極１０４毎に、突起１０７を備えている。突起１０７は、下部電極１０３の上方に配置されており、センサセルの中央に配置されている。各下部電極１０３，上部電極１０４，支持電極１０５は、例えば、５０μｍ間隔でマトリクス状に配列されている。なお、指のように検知する対象物の凹凸が、センサセルに比較して充分に大きい場合は、突起１０７を設けることが有効となる。しかし、対象物の凹凸がセンサセルに比較して小さいときは、突起が無くても凹凸に対応して上部電極１０４が充分撓むようになる。 The upper surface of the upper electrode 104 is protected by a sealing film 106 made of an insulating material. The sealing film 106 is provided in common over the plurality of upper electrodes 104. On the sealing film 106, a protrusion 107 is provided for each sensor cell, that is, for each upper electrode 104. The protrusion 107 is disposed above the lower electrode 103 and is disposed at the center of the sensor cell. Each lower electrode 103, upper electrode 104, and support electrode 105 are arranged in a matrix at intervals of 50 μm, for example. In addition, when the unevenness | corrugation of the target object detected like a finger | toe is large enough compared with a sensor cell, it becomes effective to provide the protrusion 107. FIG. However, when the unevenness of the object is smaller than that of the sensor cell, the upper electrode 104 is sufficiently bent corresponding to the unevenness even if there is no protrusion.

また、図１（ａ）には示していないが、層間絶縁層１０２の下の基板１０１の上には、例えば複数のＭＯＳトランジスタやこれらを接続する配線などを備えた集積回路が形成されている。この集積回路の一部で、各センサセル毎に制御回路１２０が形成されている。各センサセル毎に、制御回路１２０には、下部電極１０３と支持電極１０５とが、図示しない配線によって接続している。なお、指１５０は、センサの周辺部あるいは図示していない体の一部を介して接地している。 Although not shown in FIG. 1A, an integrated circuit including, for example, a plurality of MOS transistors and wirings for connecting them is formed on the substrate 101 below the interlayer insulating layer 102. . In a part of this integrated circuit, a control circuit 120 is formed for each sensor cell. For each sensor cell, the lower electrode 103 and the support electrode 105 are connected to the control circuit 120 by wiring (not shown). Note that the finger 150 is grounded via a peripheral portion of the sensor or a part of the body (not shown).

制御回路１２０は、図１（ｂ）に構成例を示すように、２つの切り替えスイッチ１２１，切り替えスイッチ１２２と、容量検出回路１２３，及び制御信号発生回路１２４から構成されている。切り替えスイッチ１２１は、制御信号発生回路１２４から出力された制御信号により制御され、下部電極１０３と容量検出回路１２３との接続状態を切り替える。また、切り替えスイッチ１２２は、制御信号発生回路１２４から出力された制御信号により制御され、上部電極１０４と容量検出回路１２３との接続状態を切り替える。 As shown in FIG. 1B, the control circuit 120 includes two changeover switches 121, a changeover switch 122, a capacitance detection circuit 123, and a control signal generation circuit 124. The change-over switch 121 is controlled by the control signal output from the control signal generation circuit 124 and switches the connection state between the lower electrode 103 and the capacitance detection circuit 123. The changeover switch 122 is controlled by the control signal output from the control signal generation circuit 124 and switches the connection state between the upper electrode 104 and the capacitance detection circuit 123.

次に、本センサの動作例について説明する。例えば、図１（ｂ）に示すように、切り替えスイッチ１２１の接続状態を切り替え、下部電極１０３が接地された状態とし、同様に、切り替えスイッチ１２２の接続状態を切り替え、上部電極１０４が接地された状態とし、これらを待機状態とする。この待機状態の後、検出面に指１５０がおかれると、いずれかの突起１０７が押下されて上部電極１０４が下方に撓み、この下方の下部電極１０３との間の容量が変化する。 Next, an operation example of this sensor will be described. For example, as shown in FIG. 1B, the connection state of the changeover switch 121 is changed to a state where the lower electrode 103 is grounded, and similarly, the connection state of the changeover switch 122 is changed and the upper electrode 104 is grounded. State, and let these be standby states. After the standby state, when the finger 150 is placed on the detection surface, one of the protrusions 107 is pressed, the upper electrode 104 is bent downward, and the capacitance with the lower electrode 103 below changes.

この状態で、図１（ｃ）に示すように、切り替えスイッチ１２２を切り替え、上部電極１０４を容量検出回路１２３に接続する。このとき、上部電極１０４と下部電極１０３との間の容量及び、封止膜１０６を介して形成される上部電極１０４と指１５０との間の容量の和が、容量検出回路１２３により検出される。指１５０の指紋形状に応じ、上部電極１０４の変形量や、指１５０と上部電極１０４との距離が異なるので、各センサセルの容量検出回路１２３が検出した容量の変化に濃淡データを対応させれば、指紋の画像データが得られる。なお、検出された容量の濃淡データヘの変換は、前述した集積回路の一部で構成される処理回路によって行われる。 In this state, as shown in FIG. 1C, the changeover switch 122 is switched to connect the upper electrode 104 to the capacitance detection circuit 123. At this time, the capacitance between the upper electrode 104 and the lower electrode 103 and the sum of the capacitance between the upper electrode 104 formed via the sealing film 106 and the finger 150 are detected by the capacitance detection circuit 123. . Since the deformation amount of the upper electrode 104 and the distance between the finger 150 and the upper electrode 104 differ according to the fingerprint shape of the finger 150, if the grayscale data is made to correspond to the change in the capacitance detected by the capacitance detection circuit 123 of each sensor cell. , Fingerprint image data is obtained. Note that the conversion of the detected capacity into grayscale data is performed by a processing circuit constituted by a part of the integrated circuit described above.

上述した本実施の形態における表面形状認識用センサでは、初期の状態で上部電極１０４及び下部電極１０３を接地させておけるので、指１５０が帯びていた静電気が、検出面に接触したときに放電されても、これが上部電極１０４を介して接地に流れる。従って、容量検出回路１２３を含めた基板１０１の上に設けられた集積回路が、静電破壊から保護されるようになる。
また、本実施の形態では、上部電極１０４を、センサセル毎に各々分離して設けるようにしたので、上部電極１０４と検出対象の表面との容量を検出することが可能となる。 In the above-described surface shape recognition sensor in the present embodiment, the upper electrode 104 and the lower electrode 103 can be grounded in the initial state, so that the static electricity on the finger 150 is discharged when it contacts the detection surface. However, this flows through the upper electrode 104 to ground. Therefore, the integrated circuit provided on the substrate 101 including the capacitance detection circuit 123 is protected from electrostatic breakdown.
In this embodiment, since the upper electrode 104 is provided separately for each sensor cell, the capacitance between the upper electrode 104 and the surface of the detection target can be detected.

ところで、図１（ｄ）に示すように、切り替えスイッチ１２１を切り替えて下部電極１０３をフローティングの状態とし、切り替えスイッチ１２２を切り替えて上部電極１０４が容量検出回路１２３に接続した状態とすることで、上部電極１０４と指１５０との間の容量を検出する状態とすることができる。また、図１（ｅ）に示すように、切り替えスイッチ１２２を切り替えて上部電極１０４を接地した状態とし、切り替えスイッチ１２１を切り替えて下部電極１０３が容量検出回路１２３に接続した状態とすることで、下部電極１０３と上部電極１０４との間の容量を検出する状態とすることができる。 By the way, as shown in FIG. 1D, the changeover switch 121 is switched to make the lower electrode 103 in a floating state, and the changeover switch 122 is changed to make the upper electrode 104 connected to the capacitance detection circuit 123. The capacitance between the upper electrode 104 and the finger 150 can be detected. Further, as shown in FIG. 1E, the changeover switch 122 is changed over to make the upper electrode 104 grounded, and the changeover switch 121 is changed over to make the lower electrode 103 connected to the capacitance detection circuit 123. The capacitance between the lower electrode 103 and the upper electrode 104 can be detected.

次に、本実施の形態における表面形状認識用センサの製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、シリコンなどの半導体材料からなる基板１０１の上に、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁層１０２を形成する。層間絶縁層１０２の下の基板１０１の上には、図示していないが、検出回路などの他の集積回路が形成され、複数の配線からなる配線構造を備えている。層間絶縁層１０２を形成した後、例えば蒸着法などにより膜厚０．１μｍのチタン膜と０．１μｍの金膜との２層膜からなるシード層２０１を形成する。 Next, a method for manufacturing the surface shape recognition sensor in the present embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 2A, an interlayer insulating layer 102 made of, for example, silicon oxide is formed on a substrate 101 made of a semiconductor material such as silicon. Although not shown, another integrated circuit such as a detection circuit is formed on the substrate 101 below the interlayer insulating layer 102, and has a wiring structure including a plurality of wirings. After the formation of the interlayer insulating layer 102, a seed layer 201 composed of a two-layer film of a 0.1 μm thick titanium film and a 0.1 μm gold film is formed by, for example, vapor deposition.

次に、図２（ｂ）に示すように、シード層２０１の上に、開口部２０２ａを備えた膜厚５μｍ程度のレジストパターン２０２を形成する。レジストパターン２０２は、公知のフォトリソグラフィグラフィー技術により形成する。レジストパターン２０２を形成したら、開口部２０２ａに露出しているシード層２０１の上に、金のメッキ膜からなる金属パターン２０３を、電解メッキ法により膜厚１μｍ程度に形成する。金属パターン２０３は、以降に説明するように、下部電極１０３となる。 Next, as shown in FIG. 2B, a resist pattern 202 having a thickness of about 5 μm and having an opening 202 a is formed on the seed layer 201. The resist pattern 202 is formed by a known photolithography technique. When the resist pattern 202 is formed, a metal pattern 203 made of a gold plating film is formed on the seed layer 201 exposed in the opening 202a to a thickness of about 1 μm by electrolytic plating. The metal pattern 203 becomes the lower electrode 103 as will be described later.

次に、レジストパターン２０２を除去した後、図２（ｃ）に示すように、開口部２０４ａを備えた膜厚５μｍ程度のレジストパターン２０４を形成する。レジストパターン２０４は、金属パターン２０３を覆う。また、開口部２０４ａは、金属パターン２０３の周囲を取り巻く枠状の溝であり、以降に説明するように、支持電極１０５となる領域に配置される。レジストパターン２０４を形成したら、開口部２０４ａに露出しているシード層２０１の上に、金のメッキ膜からなる金属パターン２０５を、電解メッキ法により膜厚２μｍ程度に形成する。この後、レジストパターン２０４を除去する。金属パターン２０５は、以降に説明するように、支持電極１０５となる。 Next, after removing the resist pattern 202, as shown in FIG. 2C, a resist pattern 204 having a film thickness of about 5 μm and having an opening 204a is formed. The resist pattern 204 covers the metal pattern 203. The opening 204a is a frame-like groove surrounding the periphery of the metal pattern 203, and is disposed in a region to be the support electrode 105 as described below. After forming the resist pattern 204, a metal pattern 205 made of a gold plating film is formed on the seed layer 201 exposed in the opening 204a to a thickness of about 2 μm by electrolytic plating. Thereafter, the resist pattern 204 is removed. The metal pattern 205 becomes the support electrode 105 as will be described later.

次に、形成した金属パターン２０３と金属パターン２０５とをマスクとし、シード層２０１をエッチング除去する。このエッチングでは、まず、ヨウ素，ヨウ化アンモニウム，水，エタノールからなるエッチング液を用い、シード層２０１の上層の金を選択的にエッチングする。次いで、ＨＦ系のエッチング液を用い、シード層２０１の下層のチタンを選択的に除去する。なお、金のウエットエッチングでは、エッチング速度が毎分０．０５μｍである。 Next, the seed layer 201 is removed by etching using the formed metal pattern 203 and metal pattern 205 as a mask. In this etching, first, the upper gold layer of the seed layer 201 is selectively etched using an etching solution composed of iodine, ammonium iodide, water, and ethanol. Next, titanium under the seed layer 201 is selectively removed using an HF-based etchant. In the wet wet etching, the etching rate is 0.05 μm per minute.

以上のことにより、図２（ｃ’）の平面図に示すように、層間絶縁層１０２の上に、マトリクス状に配置された複数の下部電極１０３及び複数の支持電極１０５が形成された状態となる。
次に、図２（ｄ）に示すように、下部電極１０３を覆い支持電極１０５の上面を露出する犠牲膜２０６を形成する。犠牲膜２０６の形成について簡単に説明すると、まず、基板１０１の上に感光性を有する樹脂膜を回転塗布により形成し、下部電極１０３及び支持電極１０５が覆われた状態とする。樹脂膜は、例えばポリアミド，ポリアミド酸，ポリベンゾオキサゾール（もしくはこの前駆体）などのベース樹脂（ポリイミド）に、例えばポジ型の感光剤を付加したものである。 As described above, a plurality of lower electrodes 103 and a plurality of support electrodes 105 arranged in a matrix are formed on the interlayer insulating layer 102 as shown in the plan view of FIG. Become.
Next, as shown in FIG. 2D, a sacrificial film 206 that covers the lower electrode 103 and exposes the upper surface of the support electrode 105 is formed. The formation of the sacrificial film 206 will be briefly described. First, a resin film having photosensitivity is formed on the substrate 101 by spin coating so that the lower electrode 103 and the support electrode 105 are covered. The resin film is obtained by adding, for example, a positive photosensitive agent to a base resin (polyimide) such as polyamide, polyamic acid, or polybenzoxazole (or a precursor thereof).

次いで、加熱処理（プリベーク）を施した後、公知のフォトリソグラフィグラフィー技術により支持電極１０５の上部領域に露光を行い、引き続いて現像処理を行うことで、支持電極１０５の上面を露出させる。この後、加熱処理により樹脂膜を硬化させた後、化学的機械的研磨法によるエッチバックし、図２（ｄ）に示すように、支持電極１０５の上面と犠牲膜２０６の上面とが、実質的に同一の平面をなした状態とする。 Next, after performing heat treatment (pre-baking), the upper region of the support electrode 105 is exposed by a known photolithography technique, and then the development process is performed to expose the upper surface of the support electrode 105. Thereafter, the resin film is cured by heat treatment, and then etched back by a chemical mechanical polishing method. As shown in FIG. 2D, the upper surface of the support electrode 105 and the upper surface of the sacrificial film 206 are substantially In the same plane.

次に、図３（ｅ）に示すように、犠牲膜２０６及び支持電極１０５の上面を含む全域に、蒸着法などにより、膜厚０．１μｍのチタン膜と膜厚０．１μｍの金膜との２層膜からなるシード層２０７を形成する。
次いで、図３（ｆ）に示すように、シード層２０７の上にレジストパターン２０８を形成し、レジストパターン２０８の開口領域に露出しているシード層２０７の上に、電解メッキ法により金のメッキ膜からなる金属膜２０９を膜厚１．０μｍ程度に形成する。 Next, as shown in FIG. 3E, a titanium film having a thickness of 0.1 μm and a gold film having a thickness of 0.1 μm are formed on the entire region including the upper surfaces of the sacrificial film 206 and the support electrode 105 by vapor deposition or the like. A seed layer 207 made of the two-layer film is formed.
Next, as shown in FIG. 3F, a resist pattern 208 is formed on the seed layer 207, and gold plating is performed on the seed layer 207 exposed in the opening region of the resist pattern 208 by electrolytic plating. A metal film 209 made of a film is formed to a thickness of about 1.0 μm.

次に、レジストパターン２０８を除去した後、形成した金属膜２０９をマスクとして下層のシード層２０７を選択的にエッチング除去する。シード層２０７のエッチングは、前述したシード層２０１のエッチングと同様である。このエッチングにより、図３（ｇ）に示すように、開口部１０４ａを備えた状態で、上部電極１０４が形成された状態となる。本実施の形態において、開口部１０４ａは、平面視、１辺が４μｍ程度の正方形であり、各センサセルの領域内において、ほぼ、支持電極１０５の内側の４隅に設けられている。 Next, after removing the resist pattern 208, the lower seed layer 207 is selectively removed by etching using the formed metal film 209 as a mask. The etching of the seed layer 207 is the same as the etching of the seed layer 201 described above. By this etching, as shown in FIG. 3G, the upper electrode 104 is formed with the opening 104a. In the present embodiment, the opening 104a has a square shape with a side of about 4 μm in plan view, and is provided substantially at the four corners inside the support electrode 105 in the area of each sensor cell.

次に、開口部１０４ａを介して下部電極１０３上部の犠牲膜２０６を除去し、図３（ｈ）に示すように、支持電極１０５と上部電極１０４とに囲われて下部電極１０３が配置された領域に、空間が形成された状態とする。このとき、同時に、隣り合う上部電極１０４の間の隙間を介して、この下の犠牲膜を除去する。犠牲膜２０６の除去では、例えば、酸素ガスのプラズマの中に基板１０１を曝し、プラズマに生成したエッチング種を、上部電極１０４の開口部１０４ａなどの開口領域を介して犠牲膜２０６に接触させることにより行えばよい。なお、犠牲膜を用いることなく、貼り合わせることによって上部電極１０４を形成するようにしてもよい。 Next, the sacrificial film 206 on the lower electrode 103 is removed through the opening 104a, and the lower electrode 103 is disposed so as to be surrounded by the support electrode 105 and the upper electrode 104 as shown in FIG. It is assumed that a space is formed in the region. At the same time, the sacrificial film below this is removed through the gap between the adjacent upper electrodes 104. In the removal of the sacrificial film 206, for example, the substrate 101 is exposed to oxygen gas plasma, and etching species generated in the plasma are brought into contact with the sacrificial film 206 through an opening region such as the opening 104 a of the upper electrode 104. It may be performed by. Note that the upper electrode 104 may be formed by bonding without using a sacrificial film.

次に、封止膜１０６を、上部電極１０４の上に形成し、図３（ｉ）に示すように、開口部１０４ａが塞がれた状態とする。封止膜１０６は、例えば、ＳＴＰ法（Spin-coating film Transfer and hot-Pressing technique）により形成できる。この方法について簡単に説明すると、まず、シートフィルムに予め塗布形成した樹脂膜を、真空中で上部電極１０４に熱圧着する。次いで、シートフィルムを樹脂膜から剥離し、上部電極１０４の上に貼り付けられた樹脂膜を、３００℃の温度で１時間程度保持する熱処理により硬化する。このことにより、上部電極１０４の上に上記樹脂膜からなる封止膜１０６が形成される。樹脂膜は、例えば、ポリアミド、ポリアミド酸、ポリベンゾオキサゾール（もしくはこの前駆体）などのベース樹脂（ポリイミド）である。 Next, the sealing film 106 is formed on the upper electrode 104 so that the opening 104a is closed as shown in FIG. The sealing film 106 can be formed by, for example, an STP method (Spin-coating film transfer and hot-pressing technique). Briefly describing this method, first, a resin film previously formed on a sheet film is thermocompression bonded to the upper electrode 104 in a vacuum. Next, the sheet film is peeled off from the resin film, and the resin film attached on the upper electrode 104 is cured by heat treatment that is held at a temperature of 300 ° C. for about 1 hour. As a result, the sealing film 106 made of the resin film is formed on the upper electrode 104. The resin film is, for example, a base resin (polyimide) such as polyamide, polyamic acid, or polybenzoxazole (or a precursor thereof).

以上のようにして封止膜１０６を形成した後、感光性を有する樹脂膜を回転塗布法により膜厚５μｍ程度に形成し、これを公知のフォトリソグラフィグラフィー技術で加工し、加熱により硬化させることで、図４（ｊ）に示すように、封止膜１０６の上に、突起１０７が形成された状態とする。上記樹脂膜は、例えば、ポリアミド、ポリアミド酸、ポリベンゾオキサゾール（もしくはこの前駆体）などのベース樹脂（ポリイミド）に、ポジ型の感光剤を付加したものを用いることができる。 After forming the sealing film 106 as described above, a resin film having photosensitivity is formed to a film thickness of about 5 μm by a spin coating method, processed by a known photolithography technique, and cured by heating. Thus, as shown in FIG. 4J, the protrusion 107 is formed on the sealing film 106. As the resin film, for example, a base resin (polyimide) such as polyamide, polyamic acid, or polybenzoxazole (or a precursor thereof) added with a positive photosensitive agent can be used.

次に、本発明の他の実施の形態について説明する。図５は、本実施の形態における表面形状認識用センサの構成例を部分的に示す模式的な断面図である。図５（ａ），（ｂ）では、表面形状認識用センサの１構成単位であるセンサセルを２つ示している。図５に示す表面形状認識用センサは、図１に示した表面形状認識用センサとほぼ同様であり、複数のセンサセルがマトリクス状に配列され、マトリクス状に配列された複数のセンサセルにより、センサの検出面を構成している。また、検出の動作も、図１に示した表面形状認識用センサと同様である。 Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view partially showing a configuration example of the surface shape recognition sensor according to the present embodiment. 5A and 5B show two sensor cells which are one constituent unit of the surface shape recognition sensor. The surface shape recognition sensor shown in FIG. 5 is substantially the same as the surface shape recognition sensor shown in FIG. 1, and a plurality of sensor cells are arranged in a matrix, and a plurality of sensor cells arranged in a matrix form are used. The detection surface is configured. The detection operation is also the same as that of the surface shape recognition sensor shown in FIG.

このように構成された表面形状認識用センサにおいて、図５に示す表面形状認識用センサセルでは、センサの検出面の表面に、電極パターン１０８を設けるようにしたものである。電極パターン１０８は、封止膜１０６の上に各センサセル領域にわたって共通して設けられており、図示しない領域において、接地に接続されている。例えば、電極パターン１０８は、格子状に形成され、隣り合うセンサセルの間の領域に配設されたものである。 In the surface shape recognition sensor configured as described above, in the surface shape recognition sensor cell shown in FIG. 5, an electrode pattern 108 is provided on the surface of the detection surface of the sensor. The electrode pattern 108 is provided in common over the sensor cell regions on the sealing film 106, and is connected to the ground in a region not shown. For example, the electrode pattern 108 is formed in a lattice shape and disposed in a region between adjacent sensor cells.

封止膜１０６の上に電極パターン１０８を設けることで、図５（ｂ）に示すように、指１５０が封止膜１０６（検出面）に接触したときに、指１５０に静電気が帯電しておりこれが放電されても、静電気は電極パターン１０８を介して接地に流れる。この結果、図５に示す表面形状認識用センサによれば、容量検出回路１２３を含めた基板１０１の上に設けられた集積回路が、静電破壊から保護されるようになる。 By providing the electrode pattern 108 on the sealing film 106, as shown in FIG. 5B, when the finger 150 comes into contact with the sealing film 106 (detection surface), the finger 150 is charged with static electricity. Even if this is discharged, static electricity flows to the ground via the electrode pattern 108. As a result, according to the surface shape recognition sensor shown in FIG. 5, the integrated circuit provided on the substrate 101 including the capacitance detection circuit 123 is protected from electrostatic breakdown.

電極パターン１０８は、各センサセルにわたって検出面全域にわたって設けられ、また検出面の表面に設けられているので、検出対象の表面が接触しやすく、検出対象と接地部位までの抵抗を低くすることができる。このことにより、容量検出回路１２３による容量の検出の感度を向上させることが可能となる。また、図５のセンサの場合、制御回路１２０における切り替えスイッチ１２１，１２２において、接地側への切り替えを省略することが可能となる。また、電極パターン１０８は、各センサセルの間に配置しているので、隣り合う上部電極１０４の間の封止膜１０６に形成される寄生容量を小さくすることができる。 Since the electrode pattern 108 is provided over the entire detection surface over each sensor cell and is provided on the surface of the detection surface, the surface of the detection target can be easily contacted, and the resistance between the detection target and the grounding part can be reduced. . As a result, the sensitivity of capacitance detection by the capacitance detection circuit 123 can be improved. In the case of the sensor of FIG. 5, it is possible to omit switching to the ground side in the change-over switches 121 and 122 in the control circuit 120. Further, since the electrode pattern 108 is disposed between the sensor cells, the parasitic capacitance formed in the sealing film 106 between the adjacent upper electrodes 104 can be reduced.

次に、電極パターン１０８の形成について、図６を用いて簡単に説明する。まず、図２（ａ）〜図３（ｉ）に示したようにすることで、上部電極１０４の上に封止膜１０６を形成して開口部１０４ａが塞がれた状態とする（図６（ｉ））。
次いで、封止膜１０６の上に、例えば、蒸着法による膜厚０．１μｍ程度のチタン膜を形成する。このチタン膜を、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工することで、図６（ｊ）に示すように、封止膜１０６の上に、チタンからなる電極パターン１０８が形成された状態が得られる。 Next, the formation of the electrode pattern 108 will be briefly described with reference to FIG. First, as shown in FIGS. 2A to 3I, the sealing film 106 is formed on the upper electrode 104 to close the opening 104a (FIG. 6). (I)).
Next, a titanium film having a thickness of about 0.1 μm is formed on the sealing film 106 by, for example, a vapor deposition method. By processing this titanium film by a known photolithography technique and etching technique, as shown in FIG. 6J, the state in which the electrode pattern 108 made of titanium is formed on the sealing film 106 is obtained. can get.

この後、感光性を有する樹脂膜を回転塗布法により膜厚５μｍ程度に形成し、これを公知のフォトリソグラフィグラフィー技術で加工し、加熱により硬化させることで、図６（ｋ）に示すように、封止膜１０６の上に、突起１０７が形成された状態とする。上記樹脂膜は、例えば、ポリアミド、ポリアミド酸、ポリベンゾオキサゾール（もしくはこの前駆体）などのベース樹脂（ポリイミド）に、ポジ型の感光剤を付加したものを用いることができる。 Thereafter, a resin film having photosensitivity is formed to a thickness of about 5 μm by a spin coating method, processed by a known photolithography technique, and cured by heating, as shown in FIG. 6 (k). The protrusion 107 is formed on the sealing film 106. As the resin film, for example, a base resin (polyimide) such as polyamide, polyamic acid, or polybenzoxazole (or a precursor thereof) added with a positive photosensitive agent can be used.

以上のことにより形成された電極パターン１０８は、図６（ｌ）の平面図に示すように、封止膜１０６の上に格子状に形成される。この格子のマスの中央部に、突起１０７が配置される。また、電極パターン１０８の格子に対応し、各センサセルが配置される。 The electrode pattern 108 formed as described above is formed in a lattice shape on the sealing film 106 as shown in the plan view of FIG. A protrusion 107 is disposed at the center of the lattice mass. Each sensor cell is arranged corresponding to the grid of the electrode pattern 108.

下部電極と上部電極との間の容量に加え、上部電極と検出対象面との間の容量を検出することで、例えば、乾燥した指や湿った指、あるいは硬い指先や柔らかい指先など、検出対象の表面が様々な状態を対象とする指紋認証にも適用できる。 In addition to the capacitance between the lower electrode and the upper electrode, by detecting the capacitance between the upper electrode and the detection target surface, for example, a dry finger or a wet finger, or a hard or soft fingertip It can also be applied to fingerprint authentication for various states of the surface.

本発明の実施の形態における表面形状認識用センサの一部構成例を示す断面図（ａ），平面図（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）である。It is sectional drawing (a), a top view (b), (c), (d), (e) which shows the example of a partial structure of the surface shape recognition sensor in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における表面形状認識用センサの製造過程を模式的な断面により示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing process of the sensor for surface shape recognition in embodiment of this invention with a typical cross section. 図２に続く、本発明の実施の形態における表面形状認識用センサの製造過程を模式的な断面により示す工程図である。FIG. 3 is a process diagram illustrating, by a schematic cross section, the manufacturing process of the surface shape recognition sensor in the embodiment of the present invention following FIG. 2. 図３に続く、本発明の実施の形態における表面形状認識用センサの製造過程を模式的な断面により示す工程図である。FIG. 4 is a process diagram schematically illustrating a manufacturing process of the surface shape recognition sensor in the embodiment of the present invention following FIG. 3. 本発明の実施の形態における表面形状認識用センサの他の構成例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the other structural example of the sensor for surface shape recognition in embodiment of this invention. 図５の表面形状認識用センサの製造過程を模式的な断面により示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing process of the sensor for surface shape recognition of FIG. 5 with a typical cross section. 従来よりある表面形状認識用センサの構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the conventional sensor for surface shape recognition.

符号の説明Explanation of symbols

１０１…基板、１０２…層間絶縁層、１０３…下部電極、１０４…上部電極、１０５…支持電極、１０６…封止膜、１０７…突起、１２０…制御回路、１２１…切り替えスイッチ、１２２…切り替えスイッチ、１２３…容量検出回路、１２４…制御信号発生回路、１５０…指。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Board | substrate, 102 ... Interlayer insulating layer, 103 ... Lower electrode, 104 ... Upper electrode, 105 ... Support electrode, 106 ... Sealing film, 107 ... Projection, 120 ... Control circuit, 121 ... Changeover switch, 122 ... Changeover switch, 123: Capacitance detection circuit, 124: Control signal generation circuit, 150: Finger.

Claims

半導体基板の上の同一平面に各々が絶縁分離されて配列された複数の下部電極、及びこの下部電極の上に所定の間隔をあけて配置され金属からなる変形可能な板状の上部電極から構成され、各々が分離して設けられた複数の容量検出素子と、
前記下部電極の周囲に前記下部電極とは絶縁分離されて配置された前記上部電極を支持する支持部材と、
前記上部電極を覆うように形成された封止膜と、
前記容量検出素子に発生した容量を検出するための制御回路と
を備えたことを特徴とする表面形状認識用センサ。 A plurality of lower electrodes that are arranged on the same plane on a semiconductor substrate, each of which is insulated and separated, and a deformable plate-like upper electrode made of metal and arranged on the lower electrode at a predetermined interval. A plurality of capacitance detection elements each provided separately; and
A support member for supporting the upper electrode disposed around the lower electrode so as to be insulated from the lower electrode;
A sealing film formed so as to cover the upper electrode;
A surface shape recognition sensor comprising: a control circuit for detecting a capacitance generated in the capacitance detection element.

請求項１記載の表面形状認識用センサにおいて、
前記制御回路は、前記下部電極と前記上部電極との間の容量及び前記封止膜の表面に接触した検出対象物と前記上部電極との間の容量とを各々検出する
ことを特徴とする表面形状認識用センサ。 The surface shape recognition sensor according to claim 1,
The control circuit detects a capacitance between the lower electrode and the upper electrode and a capacitance between a detection object in contact with the surface of the sealing film and the upper electrode, respectively. Shape recognition sensor.

請求項２記載の表面形状認識用センサにおいて、
前記制御回路は、
容量検出回路と、
前記上部電極の接続を前記容量検出回路と接地電位とのいずれかに切り替える第１切り替えスイッチと、
前記下部電極の接続を前記容量検出回路と接地電位とのいずれかに切り替える第２切り替えスイッチと
を備えたものであることを特徴とする表面形状認識用センサ。 The surface shape recognition sensor according to claim 2,
The control circuit includes:
A capacitance detection circuit;
A first changeover switch for switching the connection of the upper electrode between the capacitance detection circuit and a ground potential;
A surface shape recognition sensor, comprising: a second changeover switch for switching the connection of the lower electrode between the capacitance detection circuit and a ground potential.

請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面形状認識用センサにおいて、
前記封止膜の上面に設けられて接地電位に接続された電極パターンを備えたことを特徴とする表面形状認識用センサ。 In the surface shape recognition sensor according to any one of claims 1 to 3,
A surface shape recognition sensor comprising an electrode pattern provided on an upper surface of the sealing film and connected to a ground potential.

請求項４記載の表面形状認識用センサにおいて、
前記電極パターンは、隣り合う前記容量検出素子の間に配置され、平面視格子状に形成されたものである
ことを特徴とする表面形状認識用センサ。 The surface shape recognition sensor according to claim 4,
The electrode pattern is disposed between the capacitance detection elements adjacent to each other, and is formed in a lattice shape in a plan view.

請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面形状認識用センサにおいて、
前記半導体基板には、集積回路が形成され、
前記制御回路は、前記集積回路に含まれることを特徴とする表面形状認識用センサ。 In the surface shape recognition sensor according to any one of claims 1 to 5,
An integrated circuit is formed on the semiconductor substrate,
The surface shape recognition sensor, wherein the control circuit is included in the integrated circuit.

請求項１〜６のいずれか１項に記載の表面形状認識用センサにおいて、
前記封止膜の上に、前記上部電極に対応して配置された突起を備える
ことを特徴とする表面形状認識用センサ。 In the surface shape recognition sensor according to any one of claims 1 to 6,
A surface shape recognition sensor comprising: a protrusion disposed on the sealing film so as to correspond to the upper electrode.

配列された複数の容量検出素子から構成された表面形状認識用センサを製造する方法であって、
半導体基板の上に層間絶縁層を形成する工程と、
前記層間絶縁層の上に第１金属膜を形成する工程と、
前記第１金属膜の上に前記容量検出素子の形成領域に対応する複数の開口部を備えた第１マスクパターンを形成する工程と、
前記第１マスクパターンの開口部底部に露出した第１金属膜の表面にメッキ法により第１金属パターンを形成する工程と、
前記第１マスクパターンを除去した後、前記容量検出素子の形成領域に対応し、前記第１金属パターンの周囲に配置された開口部を備えた第２マスクパターンを前記第１金属膜及び前記第１金属パターンの上に形成する工程と、
前記第２マスクパターンの開口部の底部に露出した前記第１金属膜の表面にメッキ法により前記第１金属パターンより高い第２金属パターンを形成する工程と、
前記第２マスクパターンを除去した後、前記第１金属パターン及び前記第２金属パターンをマスクとして前記第１金属膜をエッチング除去し、前記第１金属膜と前記第１金属パターンからなる下部電極及び前記第１金属膜と前記第２金属パターンからなる支持電極を、前記検出素子の形成領域毎に形成する工程と、
前記下部電極を覆いかつ前記支持電極の上面が露出するように前記層間絶縁層の上に犠牲膜を形成する工程と、
前記犠牲膜及び前記支持電極の上に複数の開口部を備えた上部電極を前記検出素子の形成領域毎に形成する工程と、
前記上部電極を形成した後、前記上部電極の開口部を介して前記犠牲膜を除去し、前記下部電極の上部に空間を形成する工程と、
前記犠牲膜を除去した後、前記上部電極の上に絶縁材料からなる封止膜を形成する工程と、
前記封止膜の上に、前記検出素子の形成領域毎に突起を形成する工程と
を備えたことを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。 A method for manufacturing a surface shape recognition sensor composed of a plurality of arranged capacitance detection elements,
Forming an interlayer insulating layer on the semiconductor substrate;
Forming a first metal film on the interlayer insulating layer;
Forming a first mask pattern having a plurality of openings corresponding to the formation region of the capacitance detection element on the first metal film;
Forming a first metal pattern by plating on the surface of the first metal film exposed at the bottom of the opening of the first mask pattern;
After removing the first mask pattern, a second mask pattern corresponding to a region where the capacitance detection element is formed and having an opening disposed around the first metal pattern is formed on the first metal film and the first metal pattern. Forming on one metal pattern;
Forming a second metal pattern higher than the first metal pattern by plating on the surface of the first metal film exposed at the bottom of the opening of the second mask pattern;
After removing the second mask pattern, the first metal film and the second metal pattern are used as a mask to remove the first metal film by etching, and a lower electrode made of the first metal film and the first metal pattern; Forming a support electrode composed of the first metal film and the second metal pattern for each formation region of the detection element;
Forming a sacrificial film on the interlayer insulating layer so as to cover the lower electrode and expose an upper surface of the support electrode;
Forming an upper electrode having a plurality of openings on the sacrificial film and the support electrode for each formation region of the detection element;
Forming the upper electrode, removing the sacrificial film through the opening of the upper electrode, and forming a space above the lower electrode;
After removing the sacrificial film, forming a sealing film made of an insulating material on the upper electrode;
And a step of forming a protrusion for each detection element formation region on the sealing film.

請求項８記載の表面形状認識用センサの製造方法において、
前記封止膜を形成した後、前記封止膜の上に第２金属膜を形成する工程と、
前記第２金属膜の上に開口部を備えた第３マスクパターンを形成する工程と、
前記第３マスクパターンの開口部の底部に露出する前記第２金属膜を除去する工程と、
前記第３マスクパターンを除去する工程と
を備えたことを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。 In the manufacturing method of the sensor for surface shape recognition according to claim 8,
Forming a second metal film on the sealing film after forming the sealing film;
Forming a third mask pattern having an opening on the second metal film;
Removing the second metal film exposed at the bottom of the opening of the third mask pattern;
And a step of removing the third mask pattern. A method for manufacturing a surface shape recognition sensor.